極限舵角

極限舵角（Extreme rudder angle），船舶操一舵角時，由於舵葉周圍的流線從舵葉後邊緣分離，產生渦流，舵力急劇下降出現這一現象所對應的舵角稱為極限舵角，或稱臨界舵角。舵葉展弦比的大小影響極限舵角的大小。展弦比越大，極限舵角越小；反之亦然。對於內河船舶來說，因舵葉展弦比大多為1，考慮到船體的影響，極限舵角大多為35°，少數船可達45。

基本介紹

• 中文名：極限舵角
• 外文名：Extreme rudder angle
• 別名：臨界舵角或最大舵角
• 影響關係：舵葉展弦比越大，極限舵角越小
• 一級學科：船舶工程
• 二級學科：船舶原理

舵力轉船力矩及極限舵角

舵是舵設備中承受水動力以產生轉船力矩的構件，除老式或小型船舶外，大部分海船舵面的形狀均設計為流線型。如果不考慮外界的干擾和自身偏轉的效應，船在正舵航行情況下，應該做直進運動，即船相對水運動時，水流對稱地流過舵葉兩側，兩側面所受的水動力相等，不產生舵力，也就沒有轉船力矩，船也不會產生偏轉。當舵向任一側轉出一舵角 時，水流的對稱性被破壞，舵葉兩側的流場隨之發生改變，相對水流速度產生差異，迎水流一面的流速比背水流一面的流速慢，因而，迎水流一面的壓力增加而舵背面的壓力降低，具體如圖《流線型舵的受力分析》所示。

根據流體力學中的機翼理論原理，當施右 舵角後(如圖《流線型舵的受力分析》所示)，流過舵葉兩面的水流速度發生變化，左側流速加快，右側流速減慢，從而舵葉兩側間產生垂直於舵葉的壓力差 ，此時水流對舵葉產生的摩擦阻力為r， 與r的合力即構成為舵力R。由於阻力 r 相對壓力 過小，故R與 ，相差無幾。R的大小與舵角 、舵葉面積S_R、舵速v_R和舵斷面積形狀等因素有關。將舵力R按船舶首尾方向與其垂直方向分解，則可得起橫向作用的升力A與對航進起阻力作用的阻力W。

流線型舵的受力分析

使船產生轉頭的龍就是舵壓力 。下面僅給出喬塞爾(Joessel)普通舵實驗時 的近似計算式：

在計算轉船力矩時，可以近似地認為舵力作用中心位於尾垂線處，則力臂為力對重心的轉船力矩為：

式中：L——船長（m）；

S_R——舵葉面積（㎡）；

v_R——舵速（m/s）；

d——轉船力臂（m）；

——舵角（°）；

當船長L、舵葉面積S_R、舵速v_R一定時，轉船力矩隨舵角而變。對於一般的海船來說，舵角在32°~35°之間時，可達到最大值。若再增大S_R時，反而下降，故除了特種舵外，一般把等於32°~35°稱為使用極限舵角。船上對此使用了止舵器或限位器，使舵角不超過35°。

內河船最大舵角

內河船舶的展弦比約等於1。根據λ=1的單獨舵的試驗表明，舵的臨界舵角為30°～35°。舵裝在船上後，受到艉型、螺旋槳尾流和操舵轉船時所存在的漂角的影響，舵與水流的實際沖角將比舵角有所減小。實船操舵試驗表明，當舵角增至40°以上時，還沒有感覺到舵效突然下降，即未到達臨界舵角。所以內河小船的最大舵角可以限制為40°～45°，但某些內河小船的最大舵角也有定為35°的。 《長江水系小型鋼船建造規範》規定：舵的轉動角度不得超過45°，對航行急流航段的船舶不得超過35°，並應設定舵角指示器和限制器。海船的最大舵角通常定32°～35°。

舵角限位器

1．航行中船舶使用的最大有效舵角，一般流線形舵為32°，平板舵為35°。

2．為了防止在操舵時實際舵角太大而超過有效舵角，在操舵裝置的有關部位設定舵角限位器。舵角限位器有機械、電動等多種類型、一機械舵角限位器可以設在舵葉上或下舵桿與舵柱的上部。

3．還有在舵柄兩側極限舵角位置處裝設角鐵架。當舵轉到滿舵時，舵柄被角鐵架擋住，不能繼續轉動。電動舵角限位器為裝於舵倆兩側極限位置的開關。當舵轉到滿舵時，舵柄與其相連的裝置使開關處於斷路位置，與開關串聯的舵用電機即停止向某一舷繼續轉動；當舵機電機反轉時，舵柄或與其相連的裝置和開關脫離接觸，開關即在彈簧的作用下回到通路位置。